Mini-Kernreaktoren

Geht das auch in Klein?

Von Hans Christoph Böhringer
26.11.2021
, 16:41
Atomkraftwerk in Dampierre-en-Burly
Mini-Reaktoren sollen die Atomkraft boostern und jetzt auch noch das Klima retten. Doch das könnte scheitern: an den Kosten und an der Sicherheit.
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Riesige Kühltürme, so kennt man Atomkraftwerke. Auf den Werbebildern, mit denen die britische Firma Rolls-Royce die Zukunft der Kernenergie präsentiert, gibt es stattdessen eine grüne Landschaftsidylle, in der Mitte steht ein raupenförmiges Gebäude. Es sieht eher nach einem Opernhaus aus. Dieses Kraftwerk soll sogenannte kleine modulare Reaktoren beherbergen, Small Modular Reactors (SMR) auf Englisch. In kleiner Gestalt versucht die Atomkraft seit Jahren ein großes Comeback, nun unter der Flagge der Energiewende, als Klimaretter sozusagen. Atomkraft, argumentieren die Befürworter, sei emissionsarm wie die Erneuerbaren, liefere aber Strom unabhängig von Wetter, Tageszeit und Standort.

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Die britische Regierung unterstützt Rolls-Royce mit 210 Millionen Pfund. Und während des Klimagipfels in Glasgow kündigte die US-Firma NuScale an, in Rumänien zusammen mit einer dort ansässigen Kernenergiefirma ein Kernkraftwerk mit sechs kleinen Reaktoren zu bauen, noch vor 2030. Der französische Präsident Emmanuel Macron bekräftigte zudem vor Kurzem die Rolle der Kernkraft für die emissionsarme Energiewirtschaft seines Landes, den Minireaktoren sagte er Förderungen zu.

Zweifellos ist Atomkraft zunächst annähernd treibhausgasneutral. Kritiker verweisen aber seit je auf die Gefahr eines Nuklearunfalls, auf den Missbrauch von Kernwaffen und auf die ungelöste Atommüllfrage. Was die Energiewende betrifft: Die Kernkraft sei teuer, störanfällig und somit nicht wirtschaftlich und würde dem Weiterausbau der billigeren Erneuerbaren im Weg stehen. Die Entwickler der kleinen Reaktoren behaupten nun, das Kostenproblem anzugehen und die Atomkraft gleichzeitig sicherer zu machen. Kann das stimmen?

Die Rolle der Kernkraft ist nicht nur unter Klimaschützern ein Streitpunkt, sondern auch in der EU. Aktuell wird debattiert, ob die Kernenergie in der EU-Taxonomie als nachhaltige Investition eingestuft werden soll. Die geschäftsführende Bundesumweltministerin Svenja Schulze (SPD) ist dagegen, mit der künftigen Regierung dürfte sich an Deutschlands Position nichts ändern.

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Massenproduktion soll die Reaktoren günstiger machen

Derweil werden weltweit verschiedene SMR-Konzepte entwickelt. Diese fallen in zwei Kategorien, die unter dem Branchenbegriff Small Modular Reactor zusammengefasst werden: Das eine sind alternative Reaktorkonzepte wie der in China derzeit getestete Salzschmelzenreaktor. Diese unterscheiden sich deutlich von den Reaktoren in den meisten heutigen Großkraftwerken, werden teils schon seit Jahrzehnten erforscht, haben sich aber kommerziell bisher nicht durchgesetzt.

Die kleinen Reaktoren, die in den nächsten Jahrzehnten in Europa am ehesten noch zum Einsatz kommen könnten, sind eine kompaktere Version des gängigen Druckwasserreaktors. In diese Kategorie fallen der Rolls-Royce-Reaktor, der NuScale-Reaktor und das französische Pendant Nuward. „Klein“ sind diese Reaktoren im Sinne ihrer Leistung: 300 Megawatt elektrische Leistung gelten als Obergrenze, aber auch das ist nicht strikt, der Rolls-Royce-Reaktor läge mit seinen 470 Megawatt darüber.

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Momentan baut Großbritannien noch zwei große Kernreaktoren mit je 1600 Megawatt elektrischer Leistung in Hink­ley Point – ein Projekt, das Milliarden verschlingt und sich um Jahre verzögert. Hohe Kosten, lange Bauzeiten und hohe Kreditzinsen wegen des Investitionsrisikos, das sei für moderne Kernkraftwerke typisch, sagt Juan Matthews. Er war Berater der britischen Regierung für „fortgeschrittene Reaktoren“ und arbeitet am Dalton Nuclear Institute in Manchester. Die Lösung laut Matthews: „Man macht die Investition kleiner.“ Also auch den Reaktor.

Rolls-Royce-SMR Werbebild
Es strahlt, es glänzt, es blendet – aber was ist es? So stellt sich die britische Firma Rolls-Royce das Kernkraftwerk der Zukunft vor. Bild: Rolls-Royce plc

Bisher hatte man versucht, die Leistung der Reaktoren zu steigern. Eine kleinere Leistung ist zunächst ein Wettbewerbsnachteil, weil viele Kosten ungünstig skalieren, das heißt: Die Kosten fallen weniger schnell ab als die Leistung. Die Antwort der SMR-Befürworter ist Serienproduktion. Möglichst viel der Konstruktionsarbeit soll modulweise in einer zentralen Fabrik stattfinden, die Reaktoren sollen dann per Schwertransport an ihren Einsatzort gebracht werden. „Je größer die Produktionsmenge, desto kleiner die Stückkosten“, sagt Juan Matthews. „Ähnlich wie in einem Amazon-Warenhaus“ solle das funktionieren, meint ein Sprecher von Rolls-Royce. Die Firma hat bereits kleinere Reaktoren für britische Atom-U-Boote gebaut, nun hat sie einen globalen Markt für zivile Stromerzeugung ins Auge gefasst.

Dass Massenproduktion die Kosten senkt, ist bei Fotovoltaik gut zu sehen. Aber wie viel muss es sein, damit der Nachteil durch die Verkleinerung der Kernreaktoren ausgeglichen wird? In einem Gutachten über SMR, das Anfang dieses Jahres im Auftrag des Bundesamts für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) erstellt wurde, schätzen die Autoren, dass dafür mehrere Tausend Einheiten nötig wären. Zum Vergleich: Es sind derzeit weltweit circa 450 Kernreaktoren in Betrieb.

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Der Ökonom Christian von Hirschhausen arbeitet an der Technischen Universität Berlin und war einer der Autoren des BASE-Gutachtens. Es gebe weltweit lediglich einzelne Projekte für Kernkraftwerke kleiner Leistung, sagt er. „Die Frage, ob eine Massenfertigung zustande kommen könnte, ist daher virtuell, weil das gar nicht absehbar ist.“

Atomkraft für alle?

Ein Versprechen der SMR-Hersteller ist, alte Kernkraftwerke und fossile Kraftwerke an verschiedenen Standorten zu ersetzen. Eine andere Überlegung ist, entlegene Regionen ohne Verbindung zu einem Stromnetz mit sehr kleinen Reaktoren auszustatten. In Russland startete Ende 2019 ein schwimmendes Kernkraftwerk mit zwei Reaktoren kleiner Leistung, das Küstenstädte und Bohrinseln mit Strom versorgen soll. Ein in Washington angesiedelter Thinktank treibt es auf die Spitze, er hat Baupläne veröffentlicht für einen angeblich voll funktionsfähigen 100-Megawatt-Kernreaktor; ein Open-Source-Projekt: Atomkraft zum Runterladen.

NuScale-Reaktor im Kühlwasserbecken
Querschnitt eines NuScale-Reaktors im Kühlwasserbecken. In der Röhre ist der Reaktordruckbehälter mit Brennstäben (rot) und Dampfkreislauf verbaut. Bild: NuScale Power, LLC

Welche Risiken das birgt, erklärt Christoph Pistner, Bereichsleiter für Nukleartechnik am Öko-Institut: „Wenn es tatsächlich so käme, dass wir diese Anlagen weltweit in großer Stückzahl bauen, werden wir natürlich wesentlich mehr Transporte von Brennstoff haben.“ Dazu käme noch das Problem der Verbreitung der Technologien und des Know-hows. Das könnte den Weg zur Herstellung von Kernwaffen zumindest verkürzen.

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Ein Problem bei Druckwasserreaktoren, die Brennstoffstäbe mit angereichertem Uran benutzen: Bei einer Notabschaltung brechen die Kernzerfälle in den Stäben nicht komplett ab. Die resultierende Nachzerfallswärme klingt über Tage hinweg ab, derweil müssen die Brennstäbe durchweg gekühlt werden. Versagt die Kühlung und auch die Backup-Systeme, erhitzt sich der Reaktorkern, es kann zur Kernschmelze kommen und – wie im Fall Fukushimas – zu einer Freisetzung radioaktiven Materials.

Die SMR-Entwickler versprechen unterschiedliche passive Sicherheitsmechanismen, also solche, die auch ohne äußere Steuerung von Personal und Computer funktionieren. Juan Matthews meint, NuScale habe im Vergleich zu Rolls-Royce und Nuward wirklich innovative Sicherheitsvorkehrungen.

Bei NuScale sollen zwischen vier und zwölf röhrenförmige, mehrere Meter hohe Reaktorbehälter in einem Wasserbecken sitzen. Die Kühlung soll nicht einmal Pumpen benötigen, sondern allein über die natürliche Zirkulation durch Wärmeunterschied laufen. Bei der Notabschaltung würde der Behälter automatisch geflutet, und der Reaktor kühle sich selbst bei einem langen Stromausfall, indem er das Wasser aus dem Becken über Tage hinweg verdampft und dann in eine luftgekühlte Phase übergeht, so das Konzept. Das soll ohne Notstrom funktionieren, ohne Intervention durch Mensch oder Computer. Überspitzt gesagt: Bei einem Störfall könnte das Personal getrost nach Hause gehen, sich auf die Couch setzen und die Serie „Chernobyl“ anschauen.

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Die Kernkrafthistorie kennt viele gescheiterte Revolutionen

Das NuScale-Design hat die Sicherheits-Checks der US-Regulierungsbehörde für Nukleartechnik im Jahr 2020 bestanden, damit ist eine regulatorische Hürde geschafft. Dabei wurde abgesegnet, dass diese Reaktoren zum Beispiel auf eine Notstromversorgung verzichten können.

Doch diese Entscheidung stößt auf Kritik. Edwin Lyman hat in einer Stellungnahme im Namen der Union of Concerned Scientists mehrere Punkte erläutert, die er als Schwachstellen und Risiken sieht. Lyman wacht als externer Sicherheitsexperte über die US-Nuklearindustrie, er hat schon mehrfach vor dem US-Kongress gesprochen, auf Twitter dokumentiert er täglich Störfälle und Irregularitäten bei amerikanischen Kernkraftwerken.

Lyman glaubt nicht, dass eine Fabrikproduktion von Reaktoren den Nachteil durch die Herunterskalierung ausgleichen könnte. Und er befürchtet, die Entwickler könnten versuchen, Kosten anders zu sparen: indem sie fordern, auf Sicherheitsmaßnahmen verzichten zu dürfen. Die NuScale-Entwickler verneinen auf Anfrage, dass das die Strategie sei. Sie weisen noch einmal auf die passive Sicherheit hin, die einzigartig sei bei Leichtwasserreaktoren, zu denen Druckwasserreaktoren gehören.

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Zwar hat NuScale von der Regulierungsbehörde Zustimmung für einen Reaktortyp mit 50 Megawatt elektrischer Leistung bekommen, diesen in­zwischen aber auf 77 Megawatt ausgelegt. Die Firma will den Antrag dafür Ende nächsten Jahres einreichen und gibt sich optimistisch, dass das den Zeitplan für den Bau der ersten Re­aktoren nicht verzögern wird. Lyman bezweifelt das, denn die Wirksam-keit der Sicherheitsmechanismen sei sehr abhängig von der Reaktorleistung. NuScale muss darauf setzen, dass Sicherheitsanforderungen von Standort zu Standort und Land zu Land nicht zu unterschiedlich sind, sonst kann die standardisierte Massenanfertigung nicht funktionieren.

Die Geschichte der gescheiterten Atomprojekte ist lang. Schon in den Sechzigern gab es in den USA den Versuch, kleine Reaktoren für regionale Stromversorgung zu bauen, in der Kleinstadt Elk River stand der Prototyp. Nach einem Störfall wurde das Projekt eingestellt.

Als Antrieb für U-Boote existieren Kernreaktoren mit kleiner Leistung schon lange. Oft sind die Entwickler von SMR auch Produzenten von militärischen Marineantrieben, so ist es auch bei Rolls-Royce. Was den Schritt hin zur zivilen Nutzung betrifft, so meint der Ökonom von Hirschhausen, die staatliche Förderung der kleinen Reaktoren in Frankreich und Großbritannien sei nicht ernst zu nehmen: Das sei eher als „Beschäftigungstherapie“ oder als „Aufrechterhaltung einer nuklearen Kompetenz“ zu sehen. Es sei sowieso unplausibel, die bereits unrentablen Kernkraftwerke großer Leistung mit Kraftwerken kleiner Leistung zu ersetzen. Auf den Begriff der kleinen modularen Reaktoren solle man sich gar nicht einlassen, meint von Hirschhausen, ein „fiktives Konstrukt“ sei das. „Das sind Kernkraftwerke“, sagt der Ökonom, „die arbeiten wie Kernkraftwerke, die haben dieselben Probleme der Entsorgung, die haben ungelöste Sicherheitsprobleme.“

Gibt es denn einen Platz für Kernkraft in der emissionsarmen Energieversorgung? „Den könnte es geben“, sagt Edwin Lyman. Aber man dürfe die Sicherheit nicht mit der Wettbewerbsfähigkeit aufwiegen. Der Anspruch müsse sein, die Sicherheit zu erhöhen. „Wenn das nicht gelingt, wenn Kernenergie selbst mit einer Kohlendioxidsteuer vergleichsweise zu teuer ist, um sie sicherer zu machen“, sagt er, „dann ist das eben das Ende dieser Geschichte.“

Quelle: F.A.Z.
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